焦点提醒：美国特年夜型污水处置厂运转保护案例阐发：底特律污水处置厂和斯蒂克尼污水处置厂 宋姗姗1，姚 杰2，陈 广2，周新宇1，马 艳1 （1. 上海城市水资本开辟操纵国度项目中间无限公司，上海 200082；2. 上海城投污水处置无限公司，上海 201203） 来历：清水手艺(微旌旗灯号:sh_jsjs) 宋姗姗1，姚 杰2，陈 广2，周新宇1，马 艳1 （1. 上海城市水资本开辟操纵国度项目中间无限公司，上海 200082；2. 上海城投污水处置无限公司，上海 201203） 美国污水处置厂的扶植和成长已履历了相当长的时候，截至2017年末，全美共有14 748座污水处置厂，此中设想处置能力跨越100万m3/d的污水处置厂有6座，在水污染节制方面已颇具成效，并在社会和经济上获得了必然效益。 我国污水管理则在起步晚、根本差、要求高的严重情势下敏捷成长。最近几年来，跟着国度和处所当局对污水处置厂扶植投资力度的增年夜，政策律例和尺度系统的健全，城镇污水处置厂的数目和处置能力年夜幅上升。截至2017年12月，全国城镇累计建成运转的污水处置厂有4 119座，污水处置能力达1.82亿m3/d。今朝我国设想处置能力跨越50万m3/d的污水处置厂有16座，此中设想处置能力超100万m3/d的特年夜型污水处置厂有4座。 针对美国2座处置范围超100万m3/d的特年夜型污水处置厂——底特律污水处置厂（Detroit Wastewater Treatment Plant）和斯蒂克尼污水处置厂（Stickney Water Reclamation Plant），本文对其处置范围、运转保护经验进行梳理，旨在为我国特年夜型污水厂进级革新项目的范围设想、旱季运营和平常运转保护供给可鉴戒和参考的消息。 1 底特律污水处置厂 1.1 项目概况 底特律污水处置厂（图1）位在美国底特律市西南端，邻接底特律河和胭脂河，总占地面积约0.53km2。该厂在1940年2月最先正式运转，早期设想办事240万人，采取一级处置工艺，投资本钱近1 132万美元，是美国最年夜的污水处置厂之一。20世纪60年月最先引入二级处置工艺，现阶段办事生齿到达300万，办事面积跨越2 450km2。 图1 底特律污水处置厂俯瞰图 1.1.1 污水处置工艺 该厂的污水处置工艺包罗预处置和生物处置，进水颠末设想处置能力为645万m3/d的低级处置系统后投加氯化铁除磷，再进入设想处置能力为352万m3/d的二级处置系统，二级处置工艺为纯氧曝气活性污泥法，最初颠末加滤消毒、脱氯处置后排放。现有的首要修建物包罗12座矩形澄清池、6座圆形澄清池、4座纯氧活性污泥反映池和25座二沉池。 1.1.2 污泥处置工艺 该厂发生的污泥颠末重力浓缩落后入离心计心情和带式压滤机进行脱水，脱水后的污泥一部门进行燃烧，另外一部门插手石灰后填埋。 1.2 处置范围阐发 美国底特律市的供水和排水皆由底特律供排水部（DWSD，Detroit Water and Sewerage Department）担任。供水办事系统总面积达2 795km2，日均供水量为231万m3/d；排水系统办事总面积为2 450km2，排水系统为合流制，搜集污水全由底特律污水处置厂进行处置，日均处置量为246万m3/d。 1.3 旱季运营策略 如图2所示，底特律污水处置厂的尾水排放口共有三个，别离为排放口049、排放口050和排放口084，此中排放口049通向底特律河，排放口050和排放口084通向胭脂河。 旱季时，排放口049首要承当完全处置后尾水的排放。旱季时，当污水水量超越底特律污水处置厂最年夜二级处置能力（352万m3/d），而未到达其最年夜一级处置能力（645万m3/d），即污水处置量在352万~645万m3/d之间时，对超越二级处置能力部门的污水进行一级处置后超出，在排放口049水力负荷能承受的环境下，经消毒、脱氯后经由过程排放口049排出。当污水水量超越其最年夜一级处置能力，或尾水排放量超越排放口049的水力负荷，则经由过程排放口050排出，排放口050排放尾水暂未设消毒。估计2019年后排放口050将被新建排放口084代替，届时尾水经排放口084排放前将进行消毒、脱氯。 该方案经底特律情况质量部（Department of Environmental Quality）许可并颁布排放许可证（NPDES Permit）。 图2 底特律污水处置厂尾水排放示企图 1.4 出水目标 如图2所示，该厂的尾水排放共设有5个水质监测点，别离为049A、049B、049F、050A和084A。此中，监测点049A监测旱季未经二级处置的尾水水质，049B监测经污水处置厂完全处置后的尾水水质，049F监测049A与049B的夹杂水质，050A监测旱季未经二级处置且由排放口050排放的尾水水质。许可证对每一个监测点节制的污染物种别和限值不尽不异。另外，分歧水质项目对30日平均值、7日平均值和瞬时价也有分歧要求，首要监测项目标限值以30日平均值和7日平均值为主。 许可证对旱季一级处置超出部门的水质监测点049A的首要平常监测项目如表1所示。除此之外，还须逐日向情况质量部上报处置水量和CBOD5、TSS、TP、氨氮和总汞的浓度，每个月上报氨氮的30日平均浓度和总汞的30日平均浓度和负荷。 对二级处置后尾水的水质监测点049B，排放许可证不但对尾水污染物的浓度进行节制，对水体酿成的污染物负荷也无限制。其污染物节制目标和排放限值如表2所示。除上述许可证划定的污染物排放限值外，底特律污水处置厂还须向情况质量部分陈述监测点049B逐日的处置水量、CBOD5浓度、TP浓度、氨氮浓度、总汞浓度等数据，和每个月水量、氨氮浓度、总汞浓度和负荷的日平均值。 表2 监测点049B的出水污染物排放限值 监测点049F作为049B与049A夹杂出水的水质监测点，监测底特律污水处置厂年夜部门处置尾水的水质，其首要的污染物节制目标和排放限值如表3所示。除上述首要的监测目标外，对049F处置尾水的监测和上报项目还包罗急性毒性、CBOD5、氨氮、氰化物、总铜和消融氧等。 表3 监测点049F的出水污染物排放限值 监测点050A出水的水质监测目标和排放限值如表4所示。另外还须监测和上报总铜等目标。 表4 监测点050A的出水污染物排放限值 当进厂水量超越二级处置能力，乃至超越一级处置能力时，相干监测点的水质目标限值相对放宽，首要表现在监控点049A和050A的监测目标上，CBOD5的30日平均值放宽至40 mg/L，TSS的30日平均值放宽至70 mg/L，总磷的30日平均值放宽至1.5 mg/L，同时监测项目标数目削减。 1.5 运转保护经验 曩昔35年间，底特律污水处置厂曾有屡次背反许可证划定的记实，缘由首要在在污泥措置能力不足和排放尾水TSS超标。为避免超标排放的再次产生，底特律污水处置厂对装备进行了年夜规模更新和保护。另外，情况质量部要求底特律污水处置厂制订能令处置结果持久达标的整改打算，以包管近期和远期的污泥脱水、运输、清算能力，同时要求其采纳公道的工艺保护、人事放置、装备改建和采购等方面的治理手段。底特律污水处置厂据此制订了装备保护打算，经由过程阐发污水处置厂装备的运转状况，制订公道的方针处置结果，在预算规模内肯定告竣该处置结果的最好方案。 1.6 进级革新与成长计划 为更好地节制合流制排水污水溢流（combined sewer overflows，CSOs），底特律污水处置厂制订了CSOs持久节制打算，内容包罗新建两座68.1万m3的初沉池和增添进水泵数目，以提高一级处置能力；沿底特律河和胭脂河岸扶植9座CSOs调蓄举措措施，部门举措措施具有过滤、消毒能力，可削减CSOs排放量。 按照DWSD对排水系统将来办事生齿、办事面积和污水水量的猜测，底特律污水处置厂的污水处置能力根基可以或许知足成长需求，底特律污水处置厂至2030年暂无扩建打算。 2 斯蒂克尼污水处置厂 2.1 项目概况 斯蒂克尼污水处置厂（图3）位在美国芝加哥西南部，建在芝加哥情况卫生和航交运河（Chicago Sanitary and Ship Canal）沿岸，占地1.67km2。该厂分为西厂和西南厂两个部门，西厂在1930年建成投入运转，仅具有对全厂40%的污水进行低级处置的能力。1935年最先在西厂的西南侧扶植以活性污泥法为首要处置工艺的西南污水处置厂，并在1939年正式投入运转，可以或许对全厂60%的污水进行低级处置，同时对全厂的污水进行二级处置。颠末1949年和1975年的两次扩建，斯蒂克尼污水处置厂构成了现有的455万m3/d的二级处置范围。 斯蒂克尼污水处置厂处置的污水包罗市政污水和少部门工业废水。市政污水首要来自芝加哥中间城区和周边46个社区的合流制污水搜集系统，该系统现办事生齿数目约230万，办事区域面积约673.4km2。进水中工业废水的水量约占全数处置量的7.4%。 图3 斯蒂克尼污水处置厂俯瞰图 2.1.1 污水处置工艺 斯蒂克尼污水处置厂设想日均处置量为455万m3/d，设想最年夜处置量为545.1万m3/d，处置全进程需要约12 h。2017年日均处置量为256.3万m3/d。 进入西厂的污水起首颠末粗格栅、细格栅过滤，再由撇渣池除去浮沫和油脂，随落后入双层沉淀池进行沉淀，最初进入西南厂进行二级处置。 进入西南厂的污水起首颠末粗格栅过滤，再由曝气沉砂池去除浮渣，随落后入重力沉淀池进行沉淀，处置出水和由西厂汇入的低级处置出水一路进入四通道曝气池（每条通道尺寸为132.3 m×10.4 m×4.6 m）进行二级处置，流入二次沉淀池（直径为38.4 m，边沿深度为4.3 m）后排至芝加哥情况卫生与航交运河。 2.1.2 污泥处置工艺 斯蒂克尼污水处置厂的污泥处置工艺包罗重力浓缩、离心脱水和厌氧消化等环节。污泥颠末上述处置流程后，固体浓度提高约25%~30%，随后由厂内铁路运输至约9 km远的固体处置区进行离心、风干等处置，在固体浓度到达60%~70%后的产品与木屑夹杂，可用在高尔夫球场和出产草皮等。 2.2 处置范围阐发 美国芝加哥市的供排水系统都属在年夜芝加哥供排水系统，该系统供水系统办事600万人，供水量为378.5万m3/d；排水系统办事500万人，系统污水处置量为466.0万m3/d。排水体系体例为合流制，排水系总共划分为7个区域，终端别离为范围分歧的7家污水处置厂，斯蒂克尼污水处置厂是此中范围最年夜的一家。年夜芝加哥污水处置部分（MWRD，Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago）曾对照阐发本地5家污水处置厂的运转本钱，成果注解范围较年夜的污水处置厂平均运转本钱低在范围较小的污水处置厂。 跟着城市成长，芝加哥市和其周边地域排水系统的合流制污水溢流量增添，污水处置厂在旱季常常超负荷运转，迫使未经处置的污水流入河流。是以，在20世纪70年月早期，市政政府提出地道与水库打算（Tunnel and Reservoir Plan，TARP），该打算包罗扶植一条160 km长的深层地道和3座年夜型调蓄举措措施（如图4所示），总调蓄范围达7 779.0万m3。该打算项目分为两期进行，颠末25年的施工，一期扶植已完成，二期扶植将在2029年完成。跟着TARP的扶植完成，斯蒂克尼污水处置厂旱季进厂水量颠末调蓄举措措施的峰值削减将趋在安稳。 图4 年夜芝加哥地域地道与水库打算 2.3 出水目标与运转状态 斯蒂克尼污水处置厂的处置尾水经由过程排放口001排放至芝加哥情况卫生与航交运河，其首要污染排放目标与浓度限值，和排放口001的现实水质状态如表5所示。 表5 斯蒂克尼污水处置厂首要污染目标限值与现实出水水质环境 除上述首要出水水质目标外，监控的水质目标还包罗硬度、镉、总氮、DO、生物急性毒性等。 该厂须对所有领受的旱季污水和早期雨水进行处置。旱季环境下，当进厂流量少在旱季平均流量的十倍时，所有进厂污水需颠末二级处置；当进厂流量高在旱季平均流量的十倍时，超越的流量最少须颠末一级处置，由指定CSOs排放口排放。 2.4 进级革新与成长计划 按照伊利诺伊州东北计划委员会（Northeastern Illinois Planning Commission）的预估，2000年至2040年间，斯蒂克尼污水处置厂办事区域的生齿增加约为17%，办事生齿的增加带来的污水水量增添幅度仍在该厂的设想范围以内。该厂平均处置水量因TARP的慢慢完成估计略有增添，但仍低在设想处置量，是以该厂暂无扩建打算。 斯蒂克尼污水处置厂近期的装备优化项目打算将西厂低级处置系统中在1930年最先投入利用的双层沉淀池替代为直径48.8 m的圆形沉淀池，并扶植曝气沉砂池。远期将重视厂内举措措施的进级革新和工艺优化，削减能源耗损，方针在2023年实现污水处置能耗的自力更生，同时将加倍偏重在臭味的节制。 3 总结与建议 针对分歧的气����Ϸapp候情况特点和成长计划方针，美国底特律污水处置厂与斯蒂克尼污水处置厂在旱季与旱季污水处置工艺切换、近期与远期处置范围均衡、污染目标监测和陈述等方面成长出了合适本地现实环境的运转模式，为我国特年夜型污水处置厂此后的成长需乞降运转治理供给参考。 面临运转压力年夜、负荷率高、环保尺度晋升等问题，特年夜型污水处置厂的范围晋升与提标革新十分需要。特年夜型污水处置厂扩建范围简直定建议应与城市成长计划相连系，透辟阐发扩建范围需求，从手艺、经济、情况等多角度评估可行方案，同时确保污水处置厂扩建范围在经济上和情况影响上的均衡。在项目短时间计划的同时，也从持久角度斟酌，分期扶植到达方针。 我国的特年夜型污水处置厂在远期成长上应进一步斟酌臭味节制、污泥措置、能源操纵和尾水深度处置等装备优化进级标的目的。污水处置厂内可经由过程增设雨水调蓄举措措施应对旱季峰值流量，成立旱季治理预案，应对旱季流量。 编纂扎记 美国是特年夜型污水处置厂相对集中的国度之一，在特年夜型污水厂的运维方面已具有相对成熟的经验。跟着我国情况生态要求的不竭提高，污水处置行业的重心也将逐步从扶植转向优化和治理。经由过程进修他山之玉，求同存异，以期快速成长。 保举参考 宋姗姗,姚杰,陈广,等.美国特年夜型污水处置厂处置范围和运转保护案例阐发：底特律污水处置厂和斯蒂克尼污水处置厂[J].清水手艺,2018,37(6):8-15. Song Shanshan, Yao Jie, Chen Guang, et al. Case study on capacity, operation and maintenance of extra-large WWTPs in USA: Detroit Wastewater Treatment Plant and Stickney Water Reclamation Plant[J]. Water Purification Technology, 2018, 37(6):8-15.
美国特年夜型污水处置厂运转保护案例阐发：底特律污水处置厂和斯蒂克尼污水处置厂
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